基于引領(lǐng)式SPOC的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式初探

劉花香 郭文 方江雄 劉軍

摘? ?要：為了提高本科電子類應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，針對嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容多、課時少、難度大等問題，文章提出了引領(lǐng)式SPOC的課程教學(xué)模式。通過結(jié)合引領(lǐng)式SPOC混合教學(xué)模式的優(yōu)點和嵌入式系統(tǒng)課程的特點，從引領(lǐng)式教學(xué)內(nèi)容探索、引領(lǐng)式教學(xué)活動設(shè)計和引領(lǐng)式教學(xué)評價體系建立三個方面進(jìn)行設(shè)計，構(gòu)建了課程教學(xué)模式的整體框架，可為高校實踐類課程建立引領(lǐng)式SPOC課程教學(xué)模式提供借鑒。

關(guān)鍵詞：引領(lǐng)式SPOC;嵌入式系統(tǒng);Moodle; 教學(xué)模式改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）12-0066-04

一、引言

近年來，在“互聯(lián)網(wǎng)+”國家戰(zhàn)略計劃的推動下，MOOC[1]和SPOC[2][3]等“互聯(lián)網(wǎng)+教育”典型教學(xué)模式發(fā)展風(fēng)起云涌。特別是在疫情防控期間“停課不停學(xué)”的特殊背景下，各大慕課平臺和釘釘、騰訊等在線直播平臺發(fā)揮了重要作用，善于利用各種信息化手段有效開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為當(dāng)代教師的必備技能。但是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)模式，教學(xué)效果主要取決于學(xué)生的自覺和自主學(xué)習(xí)能力，教師的引領(lǐng)作用發(fā)揮不足。[4]引領(lǐng)式SPOC在線學(xué)習(xí)模式[5]，針對目前SPOC模式存在的問題，融入引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)[6]思想，強調(diào)教師在整個教學(xué)過程中的全程引領(lǐng)和監(jiān)管作用，通過構(gòu)造多樣的交互環(huán)境，讓學(xué)生在高質(zhì)量的交互活動中獲取知識，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

嵌入式系統(tǒng)課程作為電子類專業(yè)的主干核心課程，存在學(xué)習(xí)內(nèi)容多、課時少、難度大等問題。為了提高課程教學(xué)質(zhì)量，通過引入引領(lǐng)式SPOC翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式來彌補傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，采用雙平臺（線上Moodle平臺[7]+線下課堂實踐平臺）三階段（課前預(yù)習(xí)+課中實踐+課后總結(jié)）混合教學(xué)模式，融入CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，構(gòu)思-設(shè)計-實施-運作）工程教育模式[8]，設(shè)計基于引領(lǐng)式SPOC的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、引領(lǐng)式SPOC教學(xué)模式與嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.引領(lǐng)式SPOC教學(xué)模式

SPOC教學(xué)模式最早由阿曼多·?？怂菇淌谠?013年提出，該模式通過控制課程準(zhǔn)入門檻、增加師生面對面交流討論機會，有助于顯著提升教學(xué)質(zhì)量。[2]當(dāng)前高校所使用的SPOC教學(xué)平臺仍然以人機交互模式為主，教師主要負(fù)責(zé)將學(xué)習(xí)資料上傳到平臺，教學(xué)效果取決于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自律能力，在整個在線學(xué)習(xí)過程中，教師的監(jiān)管作用發(fā)揮不足。引領(lǐng)式學(xué)習(xí)模式強調(diào)教師在整個教學(xué)過程的全程引領(lǐng)和監(jiān)管作用，采用該模式課程的開發(fā)重點在于如何引導(dǎo)學(xué)生在限定的時間內(nèi)利用已有的學(xué)習(xí)資源完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過豐富的交互活動來獲取知識。[6]引領(lǐng)式SPOC在線學(xué)習(xí)模式，通過在SPOC模式中融入引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)，強調(diào)教師的引領(lǐng)和監(jiān)管作用，通過設(shè)計高質(zhì)量的交互活動，能有效解決SPOC模式教師監(jiān)管不足等問題。[5]

2.嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的綜合性課程，如何在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生理解掌握扎實的基礎(chǔ)知識，并具有開發(fā)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的工程實踐能力和創(chuàng)新性思維一直是一個難題。嵌入式系統(tǒng)課程主要有以下特點。

（1）課程內(nèi)容覆蓋面很廣，但教學(xué)課時少。我校電子信息工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程總共有54學(xué)時（其中實驗16學(xué)時），需要學(xué)生掌握STM32芯片常用外設(shè)功能部件使用和μC/OS操作系統(tǒng)工作的原理、移植和應(yīng)用。傳統(tǒng)的“理論+實驗”教學(xué)模式，大部分課時被理論課占用，實驗學(xué)時非常有限，通過有限獨立的實驗訓(xùn)練，學(xué)生難以建立起系統(tǒng)設(shè)計的宏觀概念，工程實踐能力難以提升，所以傳統(tǒng)教學(xué)模式不適合用于開展“實踐性強”的課程。

（2）學(xué)生層次差異大，課程評價方式單一，目前機電學(xué)院電子信息工程招生層次有統(tǒng)招一本、“卓越計劃”試點班、國際合作辦學(xué)和留學(xué)生等，學(xué)生基礎(chǔ)各不相同且對課程先修知識的掌握程序也存在一定差異，采用統(tǒng)一的課程教學(xué)計劃很難達(dá)到好的效果，傳統(tǒng)的單一課程考核模式（實驗報告+試卷）難以考察學(xué)生對知識點的實踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

為了破解上述難題，需要徹底革新原來的教學(xué)模式。我們的整體改革思路是為了切實提高學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，將部分理論知識的學(xué)習(xí)搬到引領(lǐng)式Moodle教學(xué)平臺上，延長實踐教學(xué)學(xué)時，解決教學(xué)課時少、學(xué)生實踐能力鍛煉不足的問題;針對不同層次學(xué)生，設(shè)計并確定個性化教學(xué)和考核內(nèi)容，采用多元化評價機制，實行全過程考核，強化對學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、嵌入式系統(tǒng)課程的引領(lǐng)式SPOC教學(xué)模式設(shè)計

筆者依托江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題，依據(jù)我校電子信息工程專業(yè)已有的教學(xué)條件，結(jié)合近幾年課程教學(xué)反饋存在的問題，圍繞基于引領(lǐng)式SPOC的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式探索這個主題，從引領(lǐng)式教學(xué)內(nèi)容探索、引領(lǐng)式教學(xué)活動設(shè)計和引領(lǐng)式教學(xué)評價體系建立三個方面展開研究，提出了一種新的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式，如圖1所示。

1.引領(lǐng)式教學(xué)內(nèi)容探索和設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)課程是一門以電子技術(shù)（數(shù)字電路、模擬電路、電路分析）和計算機程序設(shè)計為基礎(chǔ)，數(shù)字信號處理、傳感器技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科交叉融合的課程。隨著嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、計算機程序設(shè)計等技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)軟硬件及開發(fā)工具不斷更新，還要針對不同層次學(xué)生，設(shè)計并確定個性化教學(xué)和考核內(nèi)容，主要研究內(nèi)容如圖2所示。

（1）引領(lǐng)式教學(xué)大綱的制定

依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力來確定教學(xué)任務(wù)，建立動態(tài)的學(xué)習(xí)過程。以提高學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力為指導(dǎo)思想，我們對本課程教學(xué)大綱進(jìn)行了徹底改革，在2018版教學(xué)大綱中將原來的“理論+實驗”課程模式改成為期4周的嵌入式應(yīng)用實踐實習(xí)課程，采用基于CDIO工程教育理念的項目式教學(xué)方法，由學(xué)生采用小組合作的方式參與完成一個嵌入式項目。教師將整個項目的完成過程分解成基本任務(wù)和拓展創(chuàng)新任務(wù)兩個部分，加強對學(xué)生基礎(chǔ)實踐能力和拓展創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和考核。教學(xué)大綱只列出了課程的基本綱要，在課程實際運行時，考慮到不同層次的學(xué)生對知識理解程度不同，教師可有針對性地對不同層次學(xué)生選擇不同難度的項目任務(wù)，并對單個子任務(wù)設(shè)置不同的完成指標(biāo)，制訂個性化的課程教學(xué)計劃。

（2）引領(lǐng)式教學(xué)資源開發(fā)

嵌入式系統(tǒng)課程是一門多學(xué)科融合的綜合性課程，通過開展項目化教學(xué)，可以很好地把課程知識點融入到實際工程項目的具體應(yīng)用功能實現(xiàn)中。[7]隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的課程內(nèi)容設(shè)置必須緊跟時代的步伐，本課程教學(xué)資源的開發(fā)主要包含4個方面：①主控芯片功能部件的使用，主要包括根據(jù)當(dāng)前嵌入式行業(yè)的進(jìn)展情況選擇代表性典型芯片，錄制視頻介紹芯片各功能外設(shè)的基本工作原理，并提供實驗樣例代碼模版。②操作系統(tǒng)部分，主要包括操作系統(tǒng)的基本工作原理、移植、系統(tǒng)裁剪和應(yīng)用，需要對單個知識點錄制視頻，并提供實驗樣例。③項目案例庫建設(shè)，項目案例的來源盡量選擇緊跟時代步伐、滿足社會需求的真實項目，前期可以從合作企業(yè)、教師科研項目、往屆學(xué)生優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計和平時的科技創(chuàng)新競賽活動中，篩選出一些有代表性的項目樣板加入嵌入式項目案例庫，并在后續(xù)課程運行時不斷對項目進(jìn)行更新。④項目管理方法，科學(xué)有效的項目管理方法是一個項目最終成功的關(guān)鍵因素，在本課程項目實施過程中引入現(xiàn)代項目管理方法，培養(yǎng)技術(shù)與管理并行的綜合型人才。

（3）引領(lǐng)式教學(xué)交互方式

引領(lǐng)式教學(xué)模式強調(diào)教師在整個學(xué)習(xí)過程中的全程引領(lǐng)和監(jiān)管作用，通過構(gòu)造多樣的交互環(huán)境，讓學(xué)生在高質(zhì)量的交互活動中獲取知識?，F(xiàn)有的免費在線學(xué)習(xí)平臺，如學(xué)習(xí)通提供了新建課程、上傳教學(xué)資源、布置作業(yè)并進(jìn)行專題討論等常用功能，但是這些功能是固定的，教師無法根據(jù)課程需要進(jìn)行個性化的定制。Moodle是一個深受全世界教育工作者歡迎的開源課程管理系統(tǒng)，[9]上面提供了非常豐富的師生交互活動方式，除了常用活動外，該系統(tǒng)還有如問卷調(diào)查、投票、聊天、互動評價等功能，并且每種功能都設(shè)計得非常靈活，比如其中作業(yè)和測試中的題目可以亂序顯示，能有效防止學(xué)生作弊。教師可以在該平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)課程需要靈活設(shè)計師生交互活動。

在本課程運行過程中，我們通過構(gòu)建引領(lǐng)式Moodle線上平臺和項目實踐課堂線下平臺開展線上和線下交互活動，通過線上平臺教師分發(fā)資源和任務(wù)，在規(guī)定時間內(nèi)，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)并完成任務(wù)，教師監(jiān)管學(xué)生的完成情況并及時給予評價和反饋，師生和其他學(xué)習(xí)共同體一起協(xié)作完成疑難問題的討論;線下交互主要指在項目實踐場所，師生面對面進(jìn)行深度交互活動。

2.引領(lǐng)式教學(xué)活動設(shè)計

通過結(jié)合引領(lǐng)式SPOC和CDIO項目化教學(xué)模式的特點與優(yōu)勢，依托雙平臺（線上Moodle平臺+線下課堂實踐平臺），我們對嵌入式系統(tǒng)課程的具體教學(xué)活動進(jìn)行了設(shè)計?；谘芯烤唧w項目任務(wù)而實施的教學(xué)活動過程，主要包括課前預(yù)習(xí)階段、課中實踐階段和課后總結(jié)階段，具體內(nèi)容如圖3所示。

（1）課前預(yù)習(xí)階段

本階段包括教師課前教學(xué)資料準(zhǔn)備和課前學(xué)習(xí)引導(dǎo)，通過優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源來引領(lǐng)學(xué)生達(dá)到認(rèn)識并掌握新知識的目的。教師在課前利用SPOC平臺，通過深挖現(xiàn)有豐富的慕課和網(wǎng)上開放課程資源，錄制未涉及的部分知識點視頻，同時輔助相關(guān)教學(xué)資源（軟硬件、外設(shè)接口等開發(fā)流程視頻，提供實驗樣例源碼），針對當(dāng)前層次學(xué)生特點，有針對性地引導(dǎo)學(xué)生分組并分配合適難度的項目任務(wù)，在任務(wù)完成過程中為學(xué)生答疑解惑。學(xué)生通過平臺預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，完成隨堂測驗，參與在線討論。同時，學(xué)生可以將問題發(fā)布到主題討論區(qū)，通過師生之間在線討論來尋找解決方案。

（2）課中實踐階段

學(xué)生能靈活地實踐所學(xué)理論知識并可以解決實際工程問題，即“學(xué)以致用”是本課程的最終目地，課中實踐階段是本課程模型的知識完整建構(gòu)階段，主要分為基礎(chǔ)任務(wù)和創(chuàng)新拓展兩個階段。作為教學(xué)活動的引領(lǐng)者，教師需將整個項目任務(wù)根據(jù)知識點進(jìn)行合理分解，制訂詳實可行的教學(xué)計劃。在基礎(chǔ)任務(wù)階段，對每一個單一基礎(chǔ)任務(wù)，又可以分為理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩個部分，引導(dǎo)學(xué)生在合理的時間內(nèi)完成單個基礎(chǔ)任務(wù)，可以大大增加學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和樂趣，為整個項目的成功打下基礎(chǔ)。在創(chuàng)新拓展階段，教師需要對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，不能“為了不同而創(chuàng)新”，創(chuàng)新不是天馬行空，創(chuàng)新點要來源于生活實際需要，創(chuàng)新要解決工程應(yīng)用的實際問題，讓學(xué)生掌握完成創(chuàng)新拓展任務(wù)所需的技能。

（3）課后總結(jié)階段

在此階段，學(xué)生每天都要以日志的形式來對當(dāng)天所學(xué)的知識進(jìn)行總結(jié)，并寫明整個團(tuán)隊任務(wù)的完成情況和個人所做的貢獻(xiàn)，形成文檔提交到系統(tǒng)，這樣有助于學(xué)生對當(dāng)天所學(xué)的知識進(jìn)行梳理，通過反復(fù)總結(jié)和反思來固化知識。教師需及時對每位學(xué)生的任務(wù)完成情況進(jìn)行點評，對存在的問題進(jìn)行反饋，并根據(jù)項目任務(wù)實際進(jìn)展調(diào)整后續(xù)課程計劃。通過教師評價和學(xué)生總結(jié)反思使知識得到升華。

3.引領(lǐng)式教學(xué)評價體系建立

為了全面評估課程教學(xué)效果和學(xué)生表現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)課程采用多元評價體系。評價主體多樣化，以教師評價為主，同時在課程開展全程引入學(xué)生自評和同伴互評，通過引導(dǎo)學(xué)生參與評價過程，使整個評價視野更開闊。評價內(nèi)容多元化，采用全過程持續(xù)性評價考核機制，整個課程評價包括過程性評價和總結(jié)性評價兩部分，其中過程性評價包括課前預(yù)習(xí)任務(wù)完成情況、課堂實踐表現(xiàn)及團(tuán)隊合作情況、課后總結(jié)反思討論等部分，以此來全面考核學(xué)生對項目和團(tuán)隊的貢獻(xiàn)度，這部分總占比40%。總結(jié)性評價主要考察團(tuán)隊項目的整體完成情況，其中基礎(chǔ)任務(wù)的完成情況占30%，創(chuàng)新拓展任務(wù)完成情況占20%，最后的文檔報告部分占10%，在這里我們通過加大創(chuàng)新任務(wù)評價占分來加強對學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)，具體評分構(gòu)成如圖4所示。最后根據(jù)課程達(dá)成度的分析反饋情況，持續(xù)更新教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)過程和改進(jìn)評價體系，使整個課程教學(xué)形成一個良性的閉環(huán)系統(tǒng)。

四、結(jié)語

本文通過分析嵌入式系統(tǒng)課程特點和引領(lǐng)式SPOC混合教學(xué)模式優(yōu)點，構(gòu)建了一種基于引領(lǐng)式SPOC的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式。通過徹底革新原課程教學(xué)大綱，引入CDIO工程教育理念，采用雙平臺（線上Moodle平臺+線下課堂實踐平臺）三階段（課前預(yù)習(xí)+課中實踐+課后總結(jié)）混合教學(xué)模式，強調(diào)教師在整個教學(xué)過程中的全程引領(lǐng)和監(jiān)管作用，建立多元評價體系，彌補在原課程體系中學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足等缺陷，讓學(xué)生以團(tuán)隊形式參與完成工程項目從無到有的全過程，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力、項目管理以及系統(tǒng)設(shè)計等綜合能力的培養(yǎng)，可以為高校實踐類課程建立引領(lǐng)式SPOC課程教學(xué)模式提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝幼如，倪妙珊，柏晶，張惠顏.融合翻轉(zhuǎn)課堂與MOOCs的高校MF教學(xué)模式[J].中國電化教育，2015（10）：40-46.

[2]徐葳，賈永政，（美）阿曼多·?？怂沟?從MOOC到SPOC——基于加州大學(xué)伯克利分校和清華大學(xué)MOOC實踐的學(xué)術(shù)對話[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2014（4）：13-22.

[3]康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”——SPOC解析[J].清華大學(xué)教育研究，2014（1）：85-93.

[4]Marco Piccioni，Christian Estler，Bertrand Meyer.SPOC-supported Introduction to Programming[R].ITiCSE 14 Proceedings of the 2014 conference on Innovation & technology in computer science education，2014：3-8.

[5]王朋嬌，崔璨，姜爽.引領(lǐng)式SPOC教學(xué)模式構(gòu)建及在開放大學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國電化教育，2018（9）：123-131.

[6]秦宇.引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)模式[J].教育信息化，2005（16）：37-39.

[7]Moodle官網(wǎng)[EB/OL].https：//moodle.org/.

[8]劉花香，方江雄，肖靜等.基于“卓越計劃”和CDIO的《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》課程改革實踐[J].中國教育信息化，2017（14）：28-30.

[9]Moodle百科[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/moodle/5135846？fr=aladdin.

（編輯：王天鵬）